[3D 프린팅] 빛으로 한번에...`원샷' 3D 프린터 탄생 3D 프린팅

pol1.jpg » 빛을 쏘아 한번에 제품을 완성하는 새로운 3D 프린팅 기술이 개발됐다. UC버클리 유튜브 갈무리

층층이 쌓는 기존 방식 한계 뛰어넘어

영화 `스타트렉'의 만능 복제기 연상

 

3D 프린터는 재료를 층층이 쌓아올리는 방식으로 물건을 완성하는 제조 방식이다. 따라서 제품을 만드는 속도가 상대적으로 느리다. 부품을 크게 줄일 수 있는 혁명적인 제조 방식이라는 평가에도 3D 프린팅이 아직까지 틈새 제조 방식에 머무르는 이유다.

그런데 미 캘리포니아대 버클리와 로렌스리버모어국립연구소 과학자들이 이 한계를 뛰어넘을 수 있는 방식의 3D 프린터를 개발했다. 빛을 이용해 한번에 제품을 만들 수 있는 `원샷' 프린터다. 연구진은 영화 <스타 트렉>에 나오는 만능 복제기를 연상시킨다는 뜻에서, 이 프린터에 `리플리케이터'(the replicator)란 별명을 붙였다. 이 리플리케이터가 상용화될 경우 3D 프린팅 산업은 새로운 경지를 개척할 수도 있을 것으로 기대된다. 연구를 이끈 헤이든 테일러(Hayden Taylor) UC버클리대 교수는 "이 방식을 활용하면 무슨 제품이든 대량으로 맞춤생산할 수 있다"고 말했다.

pol4.jpg » 연구진이 제작한 새로운 방식의 3D 프린터와 노트북 컴퓨터. UC버클리 제공

 

병원 시티촬영 방식에서 착안...거꾸로 적용

 

최근 과학저널 <사이언스>에 게재된 논문을 보면  이 장치는 전통적인 3D 프린터가 아닌 컴퓨터단층촬영(시티) 스캐너처럼 작동한다. 병원에서 많이 쓰는 시티 촬영기에서는 엑스레이 기기가 360도 빙 돌아가며 환자의 몸을 찍는다. 그런 다음 이 이미지들을 모아 입체 사진을 만든다.
연구진은 그 반대 순서도 가능할 것이라는 데 착안했다. 연구진은 우선 컴퓨터 입체 모델을 만들고, 이를 다양한 각도에서 보이는 모습으로 잘게 나눴다. 그런 다음 시중에서 흔히 사용하는 비디오 프로젝터를 노트북 컴퓨터에 연결했다. 이어 특수 합성수지가 들어 있는 원통형 용기를 360도 회전시키며 컴퓨터에 저장돼 있는 이미지들을 프로젝터를 통해 이 용기에 쏘아줬다.

pol3.jpg » 새 방식의 3D 프틴터로 만든 드라이버 손잡이.

 

1시간 걸리던 걸 2분으로 단축


이 방식의 관건은 합성수지다. 연구진은 어느 정도 이상의 빛을 받으면 굳어지는 특성을 갖는 끈끈한 점성의 액체 수지를 만들었다. 이 합성수지는 감광성 분자, 용존 산소들과 혼합된 액체 폴리머로 이뤄져 있다. 빛을 쏘아 산소를 증발시키면, 산소가 없어진 곳은 굳는다. 연구진은 이런 성질을 이용해 수지가 굳어져야 할 지점들을 컴퓨터로 정확히 제어해 원하는 모양을 만들었다.
연구진은 이런 방식으로 2분만에 수cm 크기의 `생각하는 사람' 조각상을 만들었다. 연구진은 기존 방식으로 했다면 1시간 이상 걸렸을 것이라고 말했다. 기존 3D 프린팅의 단계적 방식이 동시다발적 방식으로 바뀌면서 제작 시간이 획기적으로 단축된 것이다.

pol5.jpg » 연구진은 빛을 특정 수준까지 쏘아주면 고체로 경화되는 시럽 같은 액체를 만들었다. UC버클리 제공

아직은 작은 물체만 가능...의료용 부품 등에 활용 기대


이 방식은 이것 말고도 장점이 더 있다. 빛으로 정확한 지점을 쏘아서 한번에 가공하므로 물체의 표면이 지금 방식보다 매끄럽다. 또 굳어지지 않은 재료는 다시 재사용할 수 있어 재료의 낭비도 없다.
하지만 한계도 있다. 아직까지는 아주 작은 물체만 제작할 수 있다. 현재까지는 지름 10cm 크기까지만 가능하다. 또 이런 제작 방식에 적합한 특수 합성수지가 있어야만 한다.
연구진은 우선은 보철물이나 안경 렌즈 등 의료용 부품을 만드는 데 이용할 수 있을 것으로 봤다. 테일러 교수는 "프린팅 원리가 매우 간단하기 때문에 상업용은 물론 가정용 제품을 만드는 데 높은 장벅은 없을 것"이라고 말했다.

 

출처
보도자료
https://news.berkeley.edu/2019/01/31/new-3d-printer-uses-rays-of-light-to-shape-objects-transform-product-design/
논문 보기
http://science.sciencemag.org/content/early/2019/01/30/science.aau7114

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